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在线客服 金属材料疲劳试验是通过模拟结构或部件的实际工作状况，在试验室内测定材料的疲劳曲线，为设计、选材及选择工艺提供依据的方法，用以估计结构或部件的疲劳特性和设法提高疲劳抗力，延迟或避免疲劳破坏。疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度，一般该类试验周期较长，所需设备比较复杂，但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验，都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能，因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。其中单点疲劳试验法操作简单方便、所用时间较短，但测得的结果不是很精准；升降法在常规疲劳试验中是比较精准而又常用的一种方法；高频振动疲劳试验弥补了常规疲劳试验缺少高频率的不足，满足一些在高频率环境下服役材料的疲劳性能研究；超声疲劳试验提供了高效率的加速疲劳试验方案，容易得到高周疲劳试验数据；红外热像疲劳试验是一种能量方法的疲劳研究，试验所用试样少、快速而又精准。
1.1单点疲劳试验法
单点疲劳试验适用于金属材料构件在室温、高温或腐蚀空气中旋转弯曲载荷条件下服役的情况。该种方法在试样数量受限制的情况下，可近似测定疲劳曲线并粗略估计疲劳极限。试验所需的疲劳试验机一般为弯曲疲劳试验机和拉压试验机，试验机应满足弯曲载荷误差不大于±1％，为避免试样振动，试验选择的频率应适用于材料、试样和试验机的组合。
单点疲劳试验一般按如下步骤进行：
①测量试样最小直径dｍｉｎ和计算或查出加载系数k；
②首先确定抗拉强度为σb的第1根试样的最大应力约为σ1＝（0.6～0.7）σb，并由式①计算应施加的载荷P；
③安装试样；
④施加载荷犘；
⑤试样断裂后记下寿命N1，取下试样描绘疲劳破坏断口的特征；
⑥取另一试样使其最大应力σ2＝（0.40～0.45）σb，重复步骤③～⑤测得疲劳寿命N2，若N２＜107次，则应降低应力再重复步骤③～⑤，直至在σ2作用下，N2＞107次；⑦在σ1与σ1之间插入4～5个等差应力水平，它们分别为σ3，σ4，σ5，σ5，逐级递减进行以上试验，相应的寿命分别为N3，N4，N5，N6。
1.2升降法疲劳试验
升降法疲劳试验是获得金属材料或结构疲劳极限的一种比较常用而又精确的方法，在常规疲劳试验方法测定疲劳强度的基础上或在指定寿命的材料或结构的疲劳强度无法通过试验直接测定的情况下，一般采用升降法疲劳试验间接测定疲劳强度。升降法疲劳试验主要用于测定中、长寿命区材料或结构疲劳强度的随机特性。所需试验机一般为拉压疲劳试验机，需满足静载荷显示值误差不大于±1％，显示值变动度不大于±1％，平均载荷显示值波动度不大于使用载荷满量程的±1％，振幅显示值波动度不大于使用载荷满量程的±2％。
升降法疲劳试验一般按如下步骤进行：
①安装试样，安装试样时需仔细操作，使试样与疲劳试验机上、下夹具保持同轴，尽量减少试样承受规定轴向应力以外的其他应力；
②参数设置，在电脑界面上设置试验参数，如动载荷、频率、循环次数、试样工作部分的直径和横截面积等；
③施加载荷，所施加的动载荷一般为对称循环应力，波形为正弦波；
④终止试验，试样在规定循环应力下，通常一直连续试验至试样失效或规定循环次数。
1.3高频振动疲劳试验法
常规疲劳试验中交变载荷的频率一般低于200Hz，无法精确测得一些零件在高频环境状态下的疲劳损伤。高频振动试验利用试验器材产生含有循环载荷频率为1000Hz左右特性的交变惯性力作用于疲劳试样上，可以满足在高频、低幅、高循环环境条件下服役金属材料的疲劳性能研究。高频振动试验主要用于军民机械工程的需要。试验装置通常包括：控制仪、电荷适配器、功率放大器、加速度计、振动台等
高频振动疲劳试验一般按如下步骤进行：
①按要求安装试样；
②安装控制与测量的加速度传感器，并进行500-2000Hz的正弦扫频试验，根据扫频结果选取试验频率；
③以选取的试验频率、控制加速度进行正弦高频振动环境疲劳试验，调整试验应力水平为σ＝ma/s，（m为配重质量，a为配重的加速度，s为试样横截面积）；
④应用振动台的高频振动特性和集中质量所形成的交变载荷，通过计算机获得稳定的试验数据。
1.4超声法疲劳试验
超声法疲劳试验是一种加速共振式的疲劳试验方法，其测试频率（20KHz）远远超过常规疲劳测试频率（小于200Hz）。超声疲劳试验可以在不同载荷特征、不同环境和温度等条件下进行，为疲劳研究提供了一个很好的手段。超声疲劳试验一般用于超高周疲劳试验，主要针对109以上周次疲劳试验。高周疲劳时，材料宏观上主要表现为弹性的，所以在损伤本构关系中采用应力、应变等参量的弹性关系处理，而不涉及微塑性。所需仪器主要包括以下3部分：
①超声频率发生器，将超声正弦波电信号由50Hz转变为20KHz；
②压力陶瓷换能器，将电源提供的电信号转化成机械振动信号；
③位移放大器，放大位移振幅使试样获得所需的应变振幅。
超声法疲劳试验一般按如下步骤进行：
①对所测试样进行测量校准；
②安装试样，对称拉压试验中，试样的一端固定放大器末端，另一端自由，非对称拉压试验中，需两个放大器，试样两端分别加在两个放大器上；
③对所加载荷和试验频率进行参数设置；
④开始试验，启动开关将试验频率加速至超声频率后记录下试验数据。
1.5红外热像技术疲劳试验方法
为缩短试验时间、减少试验成本，能量方法成为疲劳试验研究的重要方法之一。金属材料的疲劳是一个耗散能量的过程，而温度变化则是研究疲劳过程能量耗散极为重要的参量。红外热像技术是一种波长转换技术，即将目标的热辐射转换为可见光的技术，利用目标自身各部分热辐射的差异获取二维可视图像，用计算机图像处理技术和红外测温标定技术，实现对物体表面温度场分布的显示、分析和精确测量。试验一般在高频疲劳试验机上进行，红外热像仪的精度满足100℃时误差不大于±0.1℃。试验所用材料通常为表面镀锌、经过正火处理的金属材料。
红外热像技术疲劳试验一般按如下步骤进行：
①按要求安装试样；
②参数设置；
③施加略低于材料疲劳极限的载荷，通过红外热像仪实时观察试样表面温度变化，记录稳定的温升值；
④逐渐增大工作载荷，记录不同载荷水平、不同时刻的热图像和稳定的温升值；
⑤直到试样断裂停止试验。
